磨损监控装置制造方法及图纸

所公开的技术一般涉及具有磨损监控能力的集成电路装置。集成电路装置包括磨损监控装置，配置为记录与磨损监控装置分开的核心电路的磨损指示，其中所述指示与所述磨损监控装置内的扩散剂的局部扩散有关，以响应使所述核心电路磨损的磨损应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磨损监控装置通过合并引入本申请要求以下专利申请的全部内容并通过引用并入本申请：2016年10月12日提交的美国申请No.15/291,742；2016年4月19日提交的美国临时申请No.US62/324,828；2017年1月18日提交的美国临时申请No.62/447,824；和2017年2月6日提交的美国临时申请No.62/455,481。
所公开的技术一般涉及用于集成电路装置的磨损监控装置。
技术介绍
可以基于例如故障机制的理论，经验或半经验模型来预测一些集成电路(IC)设备的任务寿命。反过来，失效机制取决于导致IC器件故障的磨损应力的类型。引起IC器件磨损的应力包括热应力、电压(或电磁场)应力、电流应力和机械应力，以及其他类型的应力。一些故障是由急剧应力引起的，例如电过应力(EOS)或静电放电(ESD)事件，而其他故障是由累积应力引起的，例如在操作期间的热、电压或电流应力。经受这些磨损应力超过其预期任务寿命的IC器件可能会增加可靠性故障的可能性，这可能是突然的和灾难性的。例如，某些热激活的故障机制，例如存储器设备的数据保持，在给定温度下具有可预测的故障时间。然而，引起磨损的应力可以是间歇的和可变的。结果，即使故障机制相对众所周知，也难以预测故障时间。因此，期望实时监控累积应力，使得用户可以例如自动地监控IC设备实际上离任务寿命的结束有多接近，以避免突然故障。监控磨损应力的一种方法可以是实现传感器系统。传感器系统可包括一个或多个传感器，例如温度传感器和电流传感器，用于测量应力和用于转换测量应力的相关电路。然后可以记录和跟踪与应力相关的测量值，以便在规定的极限之外进行可能的偏移。可以在产品的整个生命周期内执行这种监控，以警告用户预测的故障。但是，对于这样的系统可能存在许多限制。例如，传感器系统可以包括用于在产品的寿命期间连续感测的电源。另外，感测信号(例如，电压或电流信号)可以是易失性的并且如果不存储则会丢失。然后可以从存储的信息计算被监控的组件的磨损等级。结果，可以实现内置存储器和/或将信息传输到外部存储器的能力。此外，监控条件的范围可能受到传感器本身的限制。例如，如果传感器是基于半导体的设备，则可以监控被监控组件的温度，电压和/或电流范围可能受到基于半导体的设备的操作参数的限制。在该范围之外，由于传感器系统本身可能的故障，可能无法监视和记录偏移。因此，需要改进的磨损监控装置。
技术实现思路
权利要求中描述的创新各自具有若干方面，其中没有一个方面单独负责其期望的属性。在不限制权利要求的范围的情况下，现在将简要描述本公开的一些突出特征。在一方面中，具有磨损监控的集成电路装置包括核心电路和磨损监控装置。磨损监控装置被配置为无论所述核心电路是否被激活都调节所述核心电路的磨损指示。集成电路装置另外包括感测电路，被配置为检测与所述磨损监控装置相关的电气特性，其中电气特性指示所述核心电路的磨损。在一些实施方案中，磨损监控装置包括基板和配置为在所述基板中扩散的监控原子，其中所述基板中监控原子的掺杂分布指示所述核心电路的磨损。在一些实施方案中，所述监控原子在所述基板中具有介于0.75eV和2.5eV之间的扩散活化能。在一些实施方案中，监控原子包括选自铝(Al)、钴(Co)、铂(Pt)、硫(S)、镍(Ni)、银(Ag)、锌(Zn)、金(Au)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、钠(Na)和钾(K)中的一种或多种元素。在一些实施方案中，所述核心电路和所述磨损监控装置形成在所述基板中，该基板是由半导体材料形成的共同基板，并被配置为使得所述监控原子在磨损应力下保持在所述磨损监控装置中而不扩散到所述核心电路中。在一些实施方案中，磨损监控装置包括形成在基板表面上的监控原子的储库，其中所述储库用作所述磨损监控装置的第一电极，并且其中磨损监控装置还包括在由与所述第一电极不同的材料形成的表面上的第二电极。在一些实施方案中，基板包括半导体材料作为用于监控原子的扩散介质。在一些实施方案中，监控装置包括PN结，其中储库物理接触PN结的p掺杂区域或n掺杂区域之一，并且其中所述第二电极与所述p掺杂区域或所述n掺杂区域中的另一个电接触。在一些实施方案中，电气特性包括PN结的反向偏置电流。在一些实施方案中，监控装置包括第一掺杂区域和第二掺杂区域，它们彼此分开并且被配置为在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域之间的偏置下穿通，其中第一掺杂区域和第二掺杂区域具有相反的导电类型，并且其中监控原子被配置为在偏置下从所述第一掺杂区域向所述第二掺杂区域扩散。在一些实施方案中，第二掺杂区域是与所述第一掺杂区域垂直分离的掩埋区域，该第一掺杂区域形成在所述半导体材料的表面处。在一些实施方案中，第一掺杂区域和所述第二掺杂区域形成在所述半导体材料的表面区域处并且彼此横向分离。在一些实施方案中，监控装置包括场效应晶体管，所述场效应晶体管包括通过沟道区域彼此分开的源极区域和漏极区域，并且其中在偏置下，所述监控原子被配置为从所述源极区域或所述漏极区域之一扩散到沟道中，朝向源极区域或漏极区域中的另一个扩散。在一些实施方案中，集成电路装置还包括耦合到所述感测电路的参考装置，其中感测电路被配置为基于所述磨损监控装置的电气特性与所述参考装置的相应电气特性的比较来提供磨损指示。在一些实施方案中，参考装置包括与所述磨损监控装置相同类型的装置，同时具有至少一个电极，该电极由与具有监控原子的磨损监控装置的相应电极不同的材料形成。在一些实施方案中，磨损指示指示热应力、电压应力或电流应力中的一个或多个。在一些实施方案中，监控原子被配置为使得磨损应力使所述监控原子在基板中扩散的速率的变化。在一些实施方案中，磨损监控装置包括p掺杂区域和n掺杂区域，其中p掺杂区域包括与扩散材料不同的p型掺杂剂，并且所述n掺杂区域包括与扩散材料不同的n型掺杂剂。在另外方面中，一种监控包括核心电路和磨损监控装置的集成电路装置的磨损的方法，包括检测磨损监控装置的电气特性，其中磨损监控装置包括半导体材料和被配置为扩散到所述半导体材料中的监控原子，并且其中电气特性对应于指示核心电路的磨损的所述半导体材料中监控原子的浓度分布。该方法还包括记录所述磨损监控装置的电气特性。在一些实施方案中，在检测之前，该方法包括使所述集成电路装置经受应力状态，该应力状态使所述监控原子在所述半导体材料中扩散。在一些实施方案中，该方法还包括基于检测的磨损装置的电气特性，确定所述核心电路的磨损是否已达到预定水平。在一些实施方案中，监控装置包括多个掺杂区域和监控原子的储库，所述监控原子的储库与一个掺杂区域物理接触并用作电极，并且检测电气特性包括使用电极测量电流或电压。在一些实施方案中，应力状态包括热应力状态、电压应力状态或电流应力状态中的一个或多个。在另外方面中，具有磨损监控的集成电路装置包括核心电路和用于以基板中扩散材料的掺杂分布记录所述核心电路的磨损的构件。集成电路装置另外包括用于检测核心电路的磨损指示的构件，所述用于记录磨损的构件和所述用于记录磨损指示的构件相通。在一些实施方案中，扩散材料在基板中具有0.75eV和2.5eV之间的扩散活化能。在一些实施方案中，基板是半导体基板。在一些实施方案中，用于记录的构件包括掺杂有第一类型的第一掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成电路装置，包括磨损监控装置，被配置为记录与所述磨损监控装置分离的核心电路的磨损指示，其中所述指示与所述磨损监控装置内的扩散剂的局部扩散相关，以响应导致所述核心电路磨损的磨损应力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.19 US 62/324,828;2016.10.12 US 15/291,742;1.一种集成电路装置，包括磨损监控装置，被配置为记录与所述磨损监控装置分离的核心电路的磨损指示，其中所述指示与所述磨损监控装置内的扩散剂的局部扩散相关，以响应导致所述核心电路磨损的磨损应力。2.权利要求1所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置包括：包括所述扩散剂的储库；和扩散区域，与所述储库连通使得所述磨损应力使所述扩散剂从所述储库扩散到所述扩散区域。3.权利要求2所述的集成电路装置，其中所述扩散区域包括半导体材料。4.权利要求2-3中任一项所述的集成电路装置，其中所述磨损指示与所述扩散区域中的扩散剂浓度有关。5.权利要求2-4中任一项所述的集成电路装置，其中所述扩散剂在所述扩散区域中具有0.75eV和2.5eV之间的扩散活化能。6.权利要求1-5中任一项所述的集成电路装置，其中所述扩散剂包括选自铝(Al)、钴(Co)、铂(Pt)、硫(S)、镍(Ni)、银(Ag)、锌(Zn)、金(Au)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、钠(Na)和钾(K)中的一种或多种元素。7.权利要求1-6中任一项所述的集成电路装置，其中所述储库形成于基板表面，其中所述储库用作所述磨损监控装置的第一电极，并且其中所述磨损监控装置还包括在表面形成和与所述储库不同的材料的第二电极。8.权利要求1-7中任一项所述的集成电路装置，其中所述核心电路和所述磨损监控装置形成在由半导体材料形成的共同基板中，并且配置为使得所述扩散剂在磨损应力下保持在所述磨损监控装置中而不扩散到所述核心电路中。9.权利要求1-8中任一项所述的集成电路装置，进一步包括感测电路，所述感测电路电连接到所述磨损监控装置并且被配置为检测响应于所述扩散剂局部扩散到所述扩散区域中而改变的电气特性。10.权利要求1-9中任一项所述的集成电路装置，还包括核心电路，与所述磨损监控装置物理分离使得所述扩散剂不会从所述磨损监控装置扩散到所述核心电路中。11.权利要求1-10中任一项所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为在记录磨损指示之前由刺激激活。12.权利要求11所述的集成电路装置，还包括控制电路，所述控制电路连接到所述磨损监控装置并配置为供应所述刺激，其中所述刺激包括电压刺激或电流刺激中的至少一种。13.权利要求11所述的集成电路装置，其中所述刺激包括光学刺激。14.权利要求11-13中任一项所述的集成电路装置，其中具有用于扩散剂扩散的能垒的物理屏障设置在所述储库和所述扩散区域之间，其中所述物理屏障被配置为使得所述能垒响应于所述刺激而减小以激活所述磨损监控装置。15.权利要求14所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置成使得所述刺激为所述屏障提供足够的热能以减小能垒。16.权利要求11-13中任一项所述的集成电路装置，其中所述扩散区域和所述储库具有不同的组成，使得该区域具有用于所述扩散剂相对于所述储库扩散的能垒，其中所述能垒为使得所述刺激赋予所述扩散剂足够的能量以激活所述磨损监控装置。17.权利要求14-16中任一项所述的集成电路装置，其中所述能垒在室温下大于所述储库中扩散剂的平均热能。18.权利要求9-17中任一项所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置包括多个监控结构，每个监控结构配置为记录所述核心电路的磨损指示。19.权利要求18所述的集成电路装置，其中所述监控结构中的不同监控结构被配置为在记录核心电路的磨损指示之前由不同的刺激激活。20.权利要求19所述的集成电路装置，其中所述监控结构中的不同监控结构具有在相应的储库和相应的扩散区域之间形成的不同的物理屏障。21.权利要求18-20中任一项所述的集成电路装置，其中所述监控结构中的不同监控结构具有不同配置的扩散区域。22.权利要求21所述的集成电路装置，其中不同配置的扩散区域具有不同的组成。23.权利要求18-22中任一项所述的集成电路装置，其中所述监控结构中的不同监控结构具有不同配置的储库。24.权利要求23所述的集成电路装置，不同配置的储库具有不同的组成。25.权利要求18-24中任一项所述的集成电路装置，其中每个监控结构上形成有多个电极。26.权利要求25所述的集成电路装置，其中所述多个电极的电极彼此规则地间隔开。27.权利要求18-25中任一项所述的集成电路装置，其中所述监控结构横向排列在共同基板上。28.权利要求18-26中任一项所述的集成电路装置，其中相邻的监控结构以规则的间隔形成。29.权利要求18-28中任一项所述的集成电路装置，其中所述储库和所述扩散区域在共同基板上相对于彼此横向设置，使得所述磨损指示基于扩散剂的局部扩散，该扩散剂在平行于所述基板的主表面的横向方向上具有净扩散方向。30.权利要求29所述的集成电路装置，其中所述净扩散方向是从储存区域朝向位于中心的扩散区域的径向向内方向，所述储库区域引入围绕所述扩散区域的扩散剂。31.权利要求29所述的集成电路装置，其中所述磨损指示基于具有净扩散方向的扩散剂的扩散，所述净扩散方向是从位于中心的储库区域的径向向外方向，所述储库区域引入扩散剂朝向围绕所述储库区域的扩散区域。32.权利要求18-25中任一项所述的集成电路装置，其中所述监控结构垂直排列在共同基板上。33.权利要求2-10中任一项所述的集成电路装置，其中基板的原子用作扩散剂，使得所述磨损应力使基板的原子从所述基板扩散到所述扩散区域。34.权利要求33所述的集成电路装置，其中所述磨损应力导致形成氧化物，该氧化物包括所述储库的表面的基板的原子。35.权利要求33-34中任一项所述的集成电路装置，还包括感测电路，电连接到所述磨损监控装置并且被配置为检测响应于基板的原子局部扩散进入所述扩散区域而改变的电气特性。36.权利要求33-35中任一项所述的集成电路装置，其中所述感测电路被配置为测量所述扩散区域的电阻率。37.权利要求33-35中任一项所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置还包括参考电极，其中所述感测电路被配置为测量所述参考电极和所述扩散区域之间的电容。38.权利要求2所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为沿第一方向将电场施加到所述扩散区域，并且其中所述扩散剂当在所述扩散区域中扩散时具有电荷状态，使得当所述电场施加到其中扩散剂扩散的扩散区域时，所述电场使所述扩散剂在第一方向上进一步在扩散区域中扩散。39.权利要求38所述的集成电路装置，其中所述扩散区域和所述储库沿不同于第一方向的第二方向相邻地设置，并且配置为使得所述磨损应力使扩散剂沿第二方向扩散。40.权利要求39所述的集成电路装置，其中所述扩散区域设置在半导体基板中，并且所述储库形成在所述半导体基板的表面上，使得磨损应力使所述扩散剂沿垂直于半导体基板表面的方向扩散，并且所述电场使所述扩散剂沿平行于半导体基板表面的方向上扩散。41.权利要求38-40中任一项所述的集成电路装置，其中多个导电结构沿着第一方向形成在所述扩散区域的表面上，并在多个位置提供对扩散区域的电接入。42.权利要求40所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为通过在一个或多个导电结构上施加电压来施加电场。43.权利要求38-42中任一项所述的集成电路装置，其中所述扩散区域包括掺杂有掺杂剂的半导体材料，所述掺杂剂具有沿第一方向分级的浓度，使得所述电场沿第一方向在扩散区域的大小上变化。44.权利要求37-40中任一项所述的集成电路装置，其中所述磨损监控器在所述扩散区域中具有相反掺杂的半导体区域，使得所述电场是扩散区域中的内置电场。45.权利要求2所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为使得所述磨损应力使所述扩散剂从所述储库扩散开并进入所述扩散区域，其中所述扩散剂当扩散到扩散区域时具有电荷状态，并且其中所述磨损监控装置进一步配置为将电场施加到所述扩散区域，使得当所述电场施加到其中扩散剂扩散的扩散区域时，所述电场使所述扩散剂朝向所述储库扩散。46.权利要求45所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为施加具有这样大小的电场，当该电场施加到其中扩散剂扩散的扩散区域时，所述电场使所述扩散剂沿浓度梯度增加的方向扩散。47.权利要求1所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为响应于刺激而激活扩散剂的扩散。48.权利要求47所述的集成电路装置，其中所述刺激包括电压、电流、光或热中的至少一种。49.权利要求47所述的集成电路装置，还包括控制电路，该控制电路被配置为将所述刺激施加到磨损装置。50.权利要求1所述的集成电路装置，还包括感测电路，电连接到磨损监控装置并配置为随时间提供扩散分布的指示。51.权利要求1所述的集成电路装置，还包括感测电路，电连接到所述磨损监控装置并配置为原位提供磨损指示。52.权利要求1所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置包括半导体基板，并且所述扩散剂被配置为扩散到所述半导体基板中。53.权利要求52所述的集成电路装置，还包括感测电路，电连接到所述磨损监控装置并且被配置为检测响应于扩散剂局部扩散到半导体基板中而改变的电气特性。54.权利要求1所述的集成电路装置，还包括感测电路，电连接到所述磨损监控装置并且被配置为检测电气特性，该电气特性响应于所述磨损监控装置的半导体材料的局部扩散到扩散区域中而变化。55.权利要求1所述的集成电路装置，其中所述磨损监控装置被配置为使得能够应用刺激以引起局部扩散的方向响应于刺激而改变。56.一种利用与核心电路分开的磨损监控装置监控集成电路装置的核心电路的磨损的方法，该方法包括：记录所述核心电路的磨损指示，其中所述指示与所述磨损监控装置内的扩散剂的局部扩散有关，以响应使所述核心电路磨损的磨损应力；检测响应于扩散剂的局部扩散而变化的电气特性；和记录所述磨损监控装置的电气特性。57.权利要求56所述的方法，还包括在记录之前，使所述磨损监控装置经受磨损应力，该磨损应力使局部扩散从包括所述扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·G·奥德怀尔，E·J·考尼，A·J·奥唐奈，S·布莱德利，D·埃亨，D·博兰德，C·P·海弗南，K·B·曼宁，M·弗德，D·J·克拉克，M·鲁比，
申请(专利权)人：亚德诺半导体无限责任公司，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM